卞维柏，陈一帆，潘建明

（1 常州工学院光电工程学院，江苏 常州 213032；2 江苏大学化学化工学院，江苏 镇江 212013；3 江苏省农用激素工程技术研究中心有限公司，江苏 常州 213022）

利用一些天然化合物或合成化合物模拟生物体系进行分子识别研究，利用这种分子印迹技术合成的具有特异性识别和选择性吸附的聚合物称为分子印迹聚合物（MIP）[1-2]。分子印迹聚合物（MIP）是在聚合物结构上具有与模板分子在大小和形状上互补的特异性位点，具有对模板分子“记忆”效应的一类材料[1-4]。印迹聚合物还具有稳定性高、易于制备、可定制识别、重复性好等优势，因此基于不同目标物及不同应用领域，印迹聚合物材料的开发制备成为当前的研究热点之一[5-6]。例如，在吸附分离领域，针对大分子目标物及无机金属离子的分离富集，许多分子/离子印迹聚合物吸附材料得到开发制备并用于对特定目标物精准识别吸附与分离富集[7-8]。在检测领域，一些具有特定识别位点的印迹聚合物能够精确识别到低浓度的目标物[9]。因此，基于印迹聚合物对目标物的特异性识别功能，分子印迹技术在吸附分离、固相萃取、类酶催化、检测、药物传递等相关领域得到广泛关注[7-8,10-13]。

常规分子印迹聚合物在交联聚合过程中能够在高度交联聚合物中为特定模板目标量身定制特异性识别结合位点，较高的交联度使得印迹聚合物一般具有一定的刚性结构以维持印迹空腔的形状与尺寸稳定，保证对目标物的精准识别结合[14]，如图1所示。同时，通过交联聚合反应获得的刚性结构还可以维持聚合物材料整体结构稳定。然而，较高的交联度使得印迹聚合物中的模板分子传质较慢，模板分子在分离纯化过程中解吸率、选择性和重复使用性难以平衡，进而限制了其在产业化实际分离中的应用[15-17]。为了提高模板分子的传质效率、强化分子印迹聚合物的选择性吸附性能，一些印迹聚合物的制备往往还与一些微纳载体材料相结合，形成一些具有特定形态结构的复合型印迹聚合物吸附材料。比如，有一些研究工作把印迹聚合物与二氧化硅、埃洛石等载体颗粒相结合，制备出具有高比表面积识别位点的印迹聚合物复合吸附材料，进而提高吸附容量、强化对目标物的识别吸附分离[18-20]。然而，这些常规印迹聚合物碍于其刚性结构特点及功能单体本身的材料特性，暂无法对目标物的识别与释放过程进行智能调控，特别是这种常规印迹聚合物在药物传递、生物传感、可控催化等特殊领域的应用存在着较大的局限性。

图1 分子印迹聚合物（MIPs）常规制备过程[14]

印迹聚合物中的功能单体一般通过共价键、非共价键、金属配位与模板物相互作用，再结合聚合物去除模板物后形成的特定刚性形态结构对目标物进行识别捕获[21-22]。然而，高度交联的印迹聚合物很难通过改变结合位点来调控结合力，这是常规分子印迹技术的一个重大技术缺陷[23-24]。为了解决这个问题，实现对目标物在外场强化过程中可逆切换结合或释放，具有柔性结合位点的新型智能印迹聚合物材料引起广泛的关注。对于具有柔性结合位点的智能印迹聚合物，其交联度一般不能过高以保证一定的结构柔性。因此，其在外部环境因子刺激下印迹位点形构发生可逆变化，进而实现对目标物的可逆识别捕获及释放。从本质上来说，这种可控识别和释放行为需要对印迹位点与目标物的亲和力进行有效调控，具体来说通过改变位点与目标物间亲和力大小解决常规分子印迹技术缺陷。在具体制备过程中，分子印迹技术可与一些智能材料单体相融合，制备出具有对环境刺激而响应的自控制“智能”能力的新型智能印迹聚合物。比如，最常见的温敏型印迹聚合物能够响应温度的变化，通过温度体积相变行为发生可逆的收缩和溶胀，使得识别位点的空间形态发生可逆改变，进而使印迹空腔结合模板物的亲和力发生改变[25-27]。这种把分子印迹技术与温敏材料融合制备的温敏型印迹聚合物在药物传递释放等生物医药领域存在重大的应用价值。光敏型印迹聚合物可以通过光调控来实现印迹聚合物中光敏基团结构的异构化，进而改变受体结合位点的几何形状和空间排列，实现位点对模板分子的结合力调控[28-30]。总而言之，智能印迹聚合物在制备过程中化学耦合响应功能材料单体，借助外场环境刺激响应因子调控识别位点对目标物的亲和力大小，进而在外场强化条件下实现对目标物的可控识别和释放。本文以具有不同响应功能的智能印迹聚合物为出发点，对这些智能印迹聚合物在外场强化过程中的响应与识别机制分别进行分析，还对这些智能印迹聚合物做了分析比较，并综述了近些年来这些智能印迹聚合物在不同应用领域中相关研究工作进展。

智能印迹聚合物材料在外场环境发生微小变动时，其物理性能或化学结构会发生较显著变化，进而影响印迹位穴形态结构并改变对目标物的亲和力大小，宏观表现为对外部刺激发生应对反应并对目标物特异性识别结合或释放的一类聚合物材料。常见的智能印迹聚合物材料响应诱导因素主要包括磁场、pH、温度、光、糖浓度、蛋白等[31-35]。因此，智能印迹聚合物主要可对应分为磁响应印迹聚合物、热响应印迹聚合物、光响应印迹聚合物、pH响应印迹聚合物、生物大分子响应印迹聚合物等，以及一些磁/热、磁/pH、磁/光等双重功能响应印迹聚合物材料。

1 磁响应印迹聚合物

单纯的磁响应印迹聚合物是一类较为简单的印迹聚合物材料，其制备思路主要是把分子印迹技术与磁分离技术相结合，实际常见为在印迹聚合物制备过程中以磁性物质为载体制备成具有核壳结构特点的复合型聚合物材料。这种印迹聚合物材料回收不需要繁琐的过滤和离心过程，通过外部磁场调控强化就可以对各种目标物进行可控的再结合和磁分离，常用于吸附分离纯化领域。

比如，Zhang 等[36]以Fe3O4颗粒为载体、3-(2-氨基乙胺)丙基三甲氧基硅烷（AAPTS）为功能单体、四乙基硅酸盐（TEOS）作为交联剂、Pb(Ⅱ)离子作为模板，在碱性条件下聚合后脱除Pb(Ⅱ)离子模板制备成对Pb(Ⅱ)离子具有识别吸附功能的Fe3O4@SiO2@ⅡP离子印迹聚合物材料，如图2。该印迹聚合物的识别机制为AAPTS 功能单体中的伯氨、叔氨基团与铅离子相互作用并结合二氧化硅形成的刚性位穴结构，特异性地识别捕获Pb(Ⅱ)离子。吸附实验表明，Fe3O4@SiO2@ⅡP 离子印迹聚合物对Pb(Ⅱ)离子的最大吸附容量为19.61mg/g，在Pb(Ⅱ)/Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)/Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)/Hg(Ⅱ)的二元溶液体系中，印迹聚合物对Pb(Ⅱ)离子的选择性系数分别为7.41、6.76、3.75和6.39。除了对金属离子的吸附分离外，印迹聚合物还用于对大分子物质进行识别吸附。比如，Luo等[37]把分子印迹技术与磁分离技术相结合，以Fe3O4颗粒为载体、亲水性1-(α-甲基丙烯酸酯)-3-甲基咪唑溴铵为功能单体、聚乙二醇为聚合物材料基体，利用反乳化-悬浮聚合法制备了一种新型亲水性磁性分子印迹聚合物，用于去除水环境中的水溶性酸性染料污染物，如图3所示。该印迹聚合物的识别机制主要概括为1-(α-甲基丙烯酸酯)-3-甲基咪唑溴铵功能单体中甲基咪唑溴铵部分带正电荷，而常见的水溶性酸性染料中因含磺酸基团而具有较高的电负性，两者易发生静电吸引作用，并结合聚乙二醇聚合物表面模板位穴的选择性，实现选择性吸附。由于该印迹聚合物采用亲水性的功能单体，其与水溶液中的污染物较易接触，相比其他疏水性的功能单体制备印迹聚合物，该亲水性磁性分子印迹聚合物对酸性染料的吸附容量最高。除了单一模板磁性印迹聚合物外，目前也有不少研究工作对多模板磁性印迹聚合物的制备进行了探究，多模板磁性印迹聚合物能够同时对不同目标进行识别捕获，其识别机制与单模板磁性印迹聚合物识别机制类似，这些研究工作大大丰富了印迹聚合物材料体系[38-39]。此外，磁性印迹聚合物材料为了防止漏磁现象并维持特定的印迹位穴形态结构对外壳聚合物的交联度，一般要求较高，较高的交联度对模板物的再结合与洗脱存在一定的限制。综合来看，虽然磁性印迹聚合物的磁响应特性在材料回收分离方面具有巨大技术优势，但是吸附后目标物的释放仍需采用复杂的溶液洗脱工艺，这就为印迹聚合物的实际应用带来不便。因此，实现印迹聚合物对目标物的可控识别或释放，即印迹聚合物更“智能化”是进一步扩展印迹聚合物应用领域的重要研究方向。

图2 Fe3O4@SiO2@ⅡP离子印迹聚合物的制备过程[36]

图3 亲水性磁性分子印迹聚合物的制备过程及其外加磁场去除水溶性酸性染料的应用[37]

2 热响应印迹聚合物

一般情况下，温度是最容易通过外场调节和控制的，因此热响应印迹聚合物是研究和应用最多的一类智能印迹聚合物材料。热响应印迹聚合物在外场强化调控过程中能够通过温度刺激进行缩聚与溶胀，进而改变位点对目标物的结合力，最终实现对目标物的可切换释放与结合，同时热响应印迹聚合物的交联度不能太高[40]。常见的温敏聚合物主要有聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）、聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚(2-羧基异丙基丙烯酰胺)等丙烯酰胺类聚合物，还包括一些聚醚、醇类或羧酸类等聚合物[41-43]。其中N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）单体是最常见的温敏单体，其具有较低的临界溶解温度（LCST，32℃）。其分子结构中具有疏水性异丙基和亲水性酰胺基，当温度低于LCST时，聚合物具有亲水性，链在水中膨胀并水化；当温度高于LCST 时，链发生脱水和坍缩。此外，这种响应温度变化的相变过程是迅速的和可逆的。利用这种温敏单体具有的随温度变化导致结合位点大小变化的特性，使得含有PNIPAM聚合物的印迹聚合物具有因随温度变化具有调控结合目标物能力的功能。因此，基于N-异丙基丙烯酰胺等不同温敏单体的印迹聚合物材料得到了广泛的研究。

比如，Liu 等[44]将氢键引入到合成体系中，并结合氢键在自组装过程中的取向和饱和度以及N-异丙基丙烯酰胺温敏单体，通过离子和氢键相互作用制备了一种温敏型4-氨基吡啶印迹聚合物水凝胶。其中，甲基丙烯酸为识别4-氨基吡啶的功能单体，N-异丙基丙烯酰胺为对温度敏感的单体，印迹聚合物水凝胶随温度的变化而膨胀和收缩，结合4-氨基吡啶的能力也随之改变，从而实现在外场强化过程中对目标分子的识别和释放切换。该印迹聚合物水凝胶具有特殊的选择性、良好的热敏性和重复使用性，在药物控制释放方面具有巨大的应用潜力。潘国庆教授团队[45]以溶菌酶为模板、N-异丙基丙烯酰胺为主要温敏单体，在表面活性剂十二烷基硫酸钠的辅助下，通过水相沉淀法制备了蛋白质印迹的球形纳米凝胶颗粒，用于特异性识别和控制溶菌酶释放。该溶菌酶印迹的纳米凝胶颗粒对溶菌酶的再识别结合和释放特性都表现出显著的温度依赖性，即在33℃左右有明显的吸附/释放功能开关转变，如图4 所示。在金属离子的吸附分离领域，Tokuyama团队[46]采用分子印迹技术，以铜离子为模板，通过共聚反应制备了含N-异丙基丙烯酰胺热敏组分、4-(乙烯基苄基)乙二胺为螯合剂和交联剂的铜离子热敏印迹聚合物，该印迹聚合物可以随温度变化收缩/膨胀，从而可以特异性吸附和解吸铜离子，如图5所示。此外，还有一些基于其他温敏聚合物制备的分子印迹聚合物，如Xiong 等[47]以丙烯酰胺（AAM）为功能单体，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸（AMPS）为温敏单体，通过聚合物间的络合反应制备拉链式热响应分子印迹聚合物，通过温度调控选择性识别和提取雌二醇分子（E2），如图6所示。该印迹聚合物对雌二醇分子的吸附和释放受温度的变化控制，与在20°C 和40°C条件下相比，在30°C 条件下有较高的吸附容量与选择性。然而，需要说明的是，虽然这些热响应印迹聚合物通过温度的调节在吸附分离、药物传递释放等领域得到了广泛的研究。但是碍于温敏单体种类单一及分子印迹技术制备方法有限，热响应印迹聚合物真正走向实际应用受到一定制约。

图4 水相沉淀法制备热响应溶菌酶印迹纳米凝胶的原理图及其在体积相变温度附近的收缩/膨胀行为示意图[45]

图5 温敏型铜离子印迹聚合物识别吸附及脱附铜离子机理示意图[46]

图6 雌二醇分子印迹聚合物（E2-MIPs）的制备过程及其温度调控拉链式控制机理示意图[47]

3 光响应印迹聚合物

光与温度类似，也是一种最容易通过外场调节和控制的环境刺激因素。其中最常见的一类光敏单体为偶氮苯衍生物，这类单体具有顺-反异构体，其反式异构体在紫外光照下生成顺式异构体，而相应的顺式异构体在可见光下还原为反式异构体，基于光刺激条件下顺-反异构体可逆转变特点，其常被选为光敏单体用于制备光响应印迹聚合物[48]。其外场强化识别机制为印迹聚合物中光敏物质结构会发生顺-反异构体转变过程，导致受体结合位点的几何形状和空间排列也随之变化进而改变识别位点对模板分子的亲和力，实现对目标物可控结合与释放。

例如，在吸附分离领域，Huang 等[49]为了实现水中锂离子的绿色回收，以冠醚和偶氮苯衍生物的混合物为功能单体，LiNO3为模板，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，在二维层状介孔氮化碳（M-C3N4）表面设计制备了一种新型光响应型锂离子印迹聚合物（P-ⅡPs）。其中二苯并-14-冠-4（DB14C4）为识别锂离子的功能单体，偶氮苯（AB）为光响应功能单体，介孔氮化碳（MC3N4）不仅提供载体支撑而且还能提高该印迹聚合物的光吸收能力。该研究工作旨在实现对Li+的光选择性吸附和可控释放，避免再生过程中的二次污染和资源消耗问题。其光响应吸附机制为在可见光照射下印迹聚合物发生光异构化反应从而选择性吸附Li+，而在可见光照射下光异构化反应改变了识别位点形态进而促进了Li+的释放，其机理如图7所示。除了针对金属离子的识别吸附，针对一些大分子的光响应印迹聚合物也有研究。比如，Guang等[50]首先合成了一种具有可聚合的硅氧烷基团和偶氮苯基团的光响应功能单体，以2,4-二氯苯氧基乙酸（2,4-D）为模板，制备了光响应分子印迹聚合物（MIP），其中功能单体通过氢键对2,4-二氯苯氧基乙酸产生特定的结合位点。其光响应吸附机制为偶氮苯基团结构在紫外和可见光交替照射下可发生反式-顺式异构化可逆反应，进而调节印迹识别位点对2,4-二氯苯氧基乙酸的结合力，控制2,4-二氯苯氧基乙酸吸附与解吸过程，如图8所示。在药物传递释放领域，光响应印迹聚合物也有广泛的研究，比如Gong 等[51]合成了一种含偶氮苯基团的水溶性功能单体4-[(4-甲基丙烯酰氧基)苯基偶氮苯]苯磺酸（MAPASA），进一步将此功能单体与双丙烯酰胺和双甲基丙烯酰胺交联剂交联，采用常用的镇痛、解热药物扑热息痛[N-(4-羟基苯基)乙酰胺]作为印迹分子模板，制备出在水介质中具有足够光学透明度的扑热息痛分子印迹水凝胶聚合物。该印迹聚合物具有生物兼容性，能够在生理条件下进行应用，实验结果表明，该水凝胶在波长为353nm紫外光照射下，83.6%受体结合的扑热息痛从印迹水凝胶中释放出来，随后在440nm 可见光照射下，94.1%释放的扑热息痛再次被水凝胶吸附，并且这种光调节的释放和吸收过程是可重复的，显示出这种光响应分子印迹材料在生物兼容的智能化学药品和药物传递转移系统应用领域具有重要潜力，如图9所示。然而，光响应印迹聚合物对材料本身的光吸收能力具有一定的要求，即印迹聚合物具有保证光子传递到光敏单体的能力。此外，光敏单体材料种类非常单一，这也是严重制约光响应印迹聚合物发展的原因之一。

图7 光响应锂离子印迹聚合物（P-IIPs）光调控吸附/释放锂离子机理示意图[49]

图8 紫外和可见光照射下偶氮苯衍单体反式-顺式异构化转变示意图[50]

图9 扑热息痛分子印迹水凝胶聚合物紫外及可见光调控下吸附与释放扑热息痛分子示意图[51]

4 pH响应印迹聚合物

与温度、光等类似，pH 也是一种常见的环境刺激因子。对于pH 响应印迹聚合物，常用功能单体一般通过氢键或电荷互补性提供聚合物与模板分子之间的相互作用力[52]。在外场强化过程中，其主要借助调节溶液的pH 来影响聚合物分子基团的氢键或电荷密度，间接调控聚合物与模板分子之间的相互作用力，实现对模板分子的可逆吸附与释放。常见的pH 响应材料可分为两大类：①具有弱酸性基团的聚合物如聚羧酸、聚磷酸、聚磺酸、聚氨基酸和聚硼酸类聚合物；②带弱碱性基团的聚合物如含胺基、吡啶或咪唑基团的聚合物[53]。因此，利用pH响应材料特性，结合分子印迹技术，制备的pH响应印迹聚合物在吸附分离、药物传递等领域都具有重要的潜在应用。

比如，Kanekiyo 等[54]制备了一种以直链淀粉为宿主基质的分子印迹聚合物。该实验方法由经丙烯酰基修饰的直链淀粉与双酚A模板分子在水溶液中预先形成螺旋包合物，然后与交联剂N,N-亚甲基-双丙烯酰胺功能单体发生自由基共聚反应，在去除模板物后，该印迹聚合物保留与模板分子形状互补的疏水腔。研究发现如果丙烯酰基与具有可电离单元（如羧基）的单体共聚反应形成印迹聚合物，且交联度适当调整后该印迹位点结构可随着溶液pH发生可逆变化，如图10所示。该pH响应印迹聚合物在pH 较低的情况下，聚合物中的羧基质子化，保持原始形态的印迹位点，具备对溶液中双酚A模板分子的识别吸附功能。在溶液pH 升高过程中，聚合物识别位点随着羧基基团去质子化发生形态结构的改变，结合力减弱并消失从而释放双酚A 模板分子。实验结果表明其对双酚A 分子具有较高的识别吸附能力而且对双酚A 的识别吸附释放再结合过程是可逆的，这项研究工作对于生理条件下药物传递释放应用研究具有重要的意义。针对双酚A 模板分子的吸附研究，Zhao 等[55]通过孔填充方式，以双酚A 为模板，制备了印迹聚醚砜颗粒型吸附剂，其中聚丙烯酸（PAA）凝胶被嵌入聚醚砜颗粒中。该印迹颗粒吸附剂的工作机制为，利用溶液pH 对聚丙烯酸（PAA）凝胶在印迹颗粒中膨胀和收缩行为的调控并结合体积排斥效应，实现印迹聚醚砜颗粒吸附剂对双酚A 分子的识别再结合能力的可逆调控，如图11 所示。然而，除了pH 响应材料种类单一以外，实际上关于pH 响应识别机制仍不是十分清楚，这种通过调控溶液pH 进而影响识别位点的形态过程较为复杂，其响应识别机制仍需进一步地探究。

图10 淀粉基印迹聚合物的合成过程及其pH响应结构的变化[54]

图11 聚丙烯酸（PAA）凝胶膨胀导致印迹聚合物颗粒受体底物亲和力改变示意图[55]

5 生物大分子响应印迹聚合物

研究发现，动物的生理反应与生理环境中多种生物分子有着密切联系。例如，胰岛细胞分泌释放胰岛素是由复杂的细胞信号根据生理糖浓度的变化来调节的。为了模拟这些自然反馈系统，利用分子印迹技术，一些大分子刺激敏感智能材料得到了研究制备，这些材料能够直接对特定分子作出响应，即生物大分子响应印迹聚合物[56]。此外，研究发现生物大分子响应印迹聚合物受体与模板分子间的作用力主要有静电力、氢键、疏水力和范德华力等非共价键类作用力[57]。因此，可以推断生物大分子在外场强化过程中主要是通过影响这些非共价键类作用力来实现可控响应过程。

生物大分子响应过程首次由Watanabe等[58]在研究热响应印迹聚合物材料过程中提到，其所制备的基于聚异丙基丙烯酰胺的印迹聚合物在表现出温度依赖性的体积变化，同时，聚合物体积也响应于客体分子的浓度变化。与光、热响应印迹聚合物不同，生物大分子响应印迹聚合物没有什么特定功能单体，其主要的响应机制是在蛋白模板的刺激下改变了受体识别位点上的功能基团排列与作用力，进而引发受体体积的宏观变化。比如，针对生物大分子响应印迹聚合物的机制，Chen等[59]将蛋白印迹聚合物与非蛋白印迹聚合物作了系统对比分析，研究表明蛋白印迹聚合物不仅能响应外界刺激，如温度和盐浓度，也能响应相应的模板蛋白，表现出显著的比体积收缩。印迹聚合物与非印迹聚合物的关键区别在于前者在印迹过程中正确地排列了功能基团，一旦形成初始结合状态，就可以进一步与模板蛋白结合，最终转化为宏观响应，如图12 所示。而非蛋白印迹聚合物不具有与模板蛋白特异性结合能力。生物大分子响应印迹聚合物材料在一些药物靶向肿瘤治疗方向具有重要潜在应用价值，如利用凝集素和抗体分子作为靶向肿瘤标志物糖蛋白的配体，实现糖蛋白印迹凝胶对生物分子的动态识别。所制备的生物偶联印迹凝胶可以识别肿瘤特异性标记糖蛋白（α-胎蛋白）中的糖和肽链，在这些蛋白模板的刺激下导致印迹凝胶产生体积收缩或溶胀行为，进而释放负载的药物进行肿瘤细胞靶向治疗[60]。实际上，生物大分子的外场强化响应识别过程机制较为复杂，其他环境因子可能也对响应过程存在一定影响，其识别响应理论机制仍需进一步地探究与完善。

图12 蛋白响应印迹与非印迹聚合物识别蛋白示意图[59]

6 双重功能响应印迹聚合物

以上基本都是单因子响应印迹聚合物，在实际情况中，很多的智能印迹聚合物是双重因子响应类型，其相比单因子响应印迹聚合物更加智能化。比如在吸附分离领域，磁响应常与热、pH、光响应相结合，在热、光或pH 响应下实现对目标物的可控识别结合或者释放后，磁响应功能还可进一步对印迹聚合物材料进行可控分离收集，其性能更具优越性。磁响应的双重因子响应主要制备思路是以磁性材料为载体材料，将热或pH 响应材料结合高分子聚合物并利用分子印迹技术与磁性载体进行有效耦合制备而成，这种双重功能响应印迹聚合物的响应功能往往由不同材料单体独立承担，两者的刺激因子对彼此互不影响，故磁/光、磁/热或磁/pH 响应印迹聚合物通常更容易实现，这也是目前研究最多的几类双重功能响应印迹聚合物。其中磁性载体多为微纳颗粒，这可提高这种双重功能响应印迹聚合物的有效接触面积，促进模板分子的传质与识别结合。关于热/pH、光/pH、光/热响应印迹聚合物，特别是热/pH响应印迹聚合物，由于刺激因子对彼此响应功能单体具有交叉干扰影响，其双重功能响应较难实现，相对应的印迹聚合物种类也有限。比如，聚合物中的热敏材料N-异丙基丙烯酰胺在温度变化下由于其分子与水分子间的氢键作用展现出收缩或溶胀的体积相转变，而溶液pH 的改变，在一定条件下可以使其分子质子化进而破坏其与水分子间的氢键作用，对N-异丙基丙烯酰胺的热响应功能产生干扰。因此，热/pH、光/pH、光/热响应印迹聚合物的种类有限，而基于磁响应的双重功能响应印迹聚合物是研究最多的，特别是在吸附分离领域。

比如，Liu 等[61]制备了一种铜离子印迹的具有磁/热双重功能响应印迹聚合物用于对铜离子的吸附分离。其中磁性材料Fe3O4颗粒进行了碳包覆作为载体材料，以N-异丙基丙烯酰胺为温敏功能单体，N,N-亚甲基-双丙烯酰胺为交联剂，Cu2+为模板，采用表面接枝共聚法制备而成，如图13所示。其热响应机制与上述单一热响应印迹聚合物类似，印迹聚合物中的聚N-异丙基丙烯酰胺在温度的改变下发生体积相转变，导致识别位点对Cu2+的结合力发生改变，从而实现对铜离子的可逆结合与释放，如图13 所示。在通过热响应功能实现对铜离子的吸附或者释放后，进一步利用磁响应功能，可对印迹聚合物可控回收，避免了复杂的过滤离心过程。此外，Zhang 等[62]结合分子印迹技术，制备了一种磁/pH响应功能的分子印迹聚合物。该印迹聚合物的模板分子为具有重要经济价值的咖啡酸（CA），具体制备过程为基于二氧化硅包覆的Fe3O4颗粒载体材料，以2-(二甲胺基)甲基丙烯酸乙酯（DMA）作为pH 响应功能单体，4-乙烯吡啶（4-VP）作为辅助功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，引发共聚反应而成，如图14所示。在通过调控溶液pH实现对咖啡酸的结合或释放后，进一步利用磁响应功能实现对印迹聚合物的可控回收，这种磁/pH双响应功能相比单一pH响应功能更具有技术优越性。除了常见的磁/pH、磁/热双响应功能印迹聚合物外，对磁/光双响应功能印迹聚合物也有研究。如Chen 等[63]制备了一种具有核壳结构的对光子和磁刺激均敏感的双响应分子印迹聚合物，用于水介质中对4种磺胺类药物的检测。这种磁/光双响应功能印迹聚合物是以二氧化硅层功能化的超顺磁Fe3O4纳米颗粒为载体，水溶性4-[(4-甲基丙烯酰氧基)苯基偶氮]苯磺酸（MAPASA）为功能单体，磺胺嘧啶（SDZ）为模板，利用表面印迹技术以共聚法制备而成。其中4-[(4-甲基丙烯酰氧基)苯基偶氮]苯磺酸含有偶氮苯单元结构，其在光调变过程中表现出优异的快速反式-顺式异构化反应，作为感光功能单体承担模板识别和光控模板结合释放，如图15 所示。实验表明，这种磁/光双响应功能印迹聚合物在365nm的紫外光照射下，偶氮苯结构发生反式-顺式异构化，导致结合位点形态改变与结合力减弱，诱导结合分子的释放。在可见光或撤去紫外光条件下，具有专一性形态结构的结合位点重塑，展现出对模板分子的识别再结合能力，如图15 所示。此外，结合磁响应功能，该印迹聚合物对于水样中的磺胺类药物的吸附萃取展现出巨大的便利性。综上，相对于单因子响应印迹聚合物，具有双重响应功能的印迹聚合物更智能化，在实际的外场强化过程中也更具便捷性。此外，需要注意的是双重响应功能的实现要尽量建立在环境刺激因子对彼此对应响应材料互不干扰的条件下。总之，具有双重因子响应功能的印迹聚合物在不同的实际应用领域具有很大的应用潜力。

图13 磁/热双重响应功能的Cu2+印迹聚合物制备过程示意图[61]

图14 磁/pH双重响应功能的咖啡酸分子印迹聚合物制备过程[62]

图15 磁/光双重响应功能的磺胺嘧啶印迹聚合物制备过程[63]

7 结语与展望

本文首先对分子印迹技术进行分析，指出常规分子印迹聚合物材料特点及其在实际应用中常见局限性问题，进而引出智能印迹聚合物。紧接着以常见的几个单因子响应智能印迹聚合物为切入点，分别对这几类智能印迹聚合物的外场强化响应机制及识别机制进行分析总结，紧接着还对常见的具有双重响应功能的智能印迹聚合物进行分析总结，同时综述了近些年来这些智能印迹聚合物在不同应用领域中的相关研究工作进展。

对于磁响应印迹聚合物，其磁响应功能主要由作为载体材料的磁性材料提供，其与印迹位点的形态或位点基团的作用力相关性不大。因此，磁响应印迹聚合物一般无法实现对模板分子的可控结合与释放。然而，磁响应功能能够对印迹聚合物实现可控回收，避免了复杂的过滤离心等步骤，特别是在吸附分离领域具有不可替代的技术优势。对于热、光、pH、生物大分子响应印迹聚合物，其一般具有柔性识别位点，即在对应的外部环境刺激下印迹聚合物识别位点对模板物的结合与释放过程是可逆的，因此这类印迹聚合物的识别位点结构具有柔性特点。因此，为了获得柔性识别位点，这类智能印迹聚合物的交联度不能太高，避免识别位点在环境因子的刺激下无法实现空间构型的可逆变化。此外，这类智能印迹聚合物在外场环境刺激下导致对模板分子的可逆识别与释放的根本原因基本都是柔性识别位点上的有效基团与模板物之间的作用力受到干扰造成的，这种干扰可以来源于聚合物体积的溶胀与收缩也可以是基团的异构化等。另外，在一些实际应用领域如选择性吸附分离领域，单因子功能响应印迹聚合物往往还不能满足实际应用要求，双重功能响应的印迹聚合物往往更智能化，常见磁响应功能往往被耦合于热、光、pH 响应印迹聚合物，以便于材料的可控回收。以上主要从不同响应印迹聚合物的响应识别机制及不同材料的特点方面进行了简要分析对比与总结归纳。

智能印迹聚合物具有结构可预定性、稳定性、实用性和特异识别性等特点，在选择性吸附分离、固相萃取、药物控制释放、化学传感、检测等众多领域展现出广阔的应用前景，为目标物的精准分离提供了良好的物质基础和技术支撑。然而，智能印迹聚合物真正走向实际应用还有许多问题需要解决。在理论方面，对于智能印迹聚合物，特别是一些大分子印迹聚合物及一些特殊双重响应功能印迹聚合物，其外场强化响应机制及可逆识别机制仍缺乏一定的理论支撑，相关作用机制仍需进一步的研究验证。在材料制备方面，面临的一个重大问题是一些功能单体及智能响应材料种类太单一，严重限制了智能印迹聚合物种类的拓展，智能响应材料功能单体种类的单一也严格限制了实际应用范围。同时，智能响应材料功能单体种类的单一，对应于制备方法体系也较单一。除此之外，在具体的制备过程中，智能印迹聚合物的交联度对印迹位点具有重要影响，要实现智能印迹聚合物中识别位点形构可逆变化并维持印迹聚合物结构稳定，就需要控制好聚合物的交联度，不同材料的合适交联度难以掌握。不过随着相关研究工作的不断推进，智能印迹聚合物的理论体系与材料制备体系会不断壮大完善。